高密度栽培下滴灌量对春玉米干物质积累、穗部性状、产量的影响

唐 诚，高 慧，褚贵新

（石河子大学农学院，新疆 石河子 832003）

为了实现玉米（Zea maysL.）稳产增产目标，高密度栽培（＞10万株∕hm2）成为新疆玉米栽培的主推模式。玉米生育期长，高密度栽培下耗水量大。新疆是中国资源性缺水严重的地区之一，水分是该区域作物生产的关键限制因子。高密栽培模式下合理灌溉定额研究一方面可保障区域水资源可持续利用，另一方面可保障作物一定的产量目标。不同玉米种植地区，受气候、土壤等多种因素的影响，农户大田灌水量差异较大，新疆伊宁市大田灌水量约为8 400 m3∕hm2，奇台县约为6 000 m3∕hm2［1］。玉米产量一般随灌水量增加而逐步增加，达到一定程度则保持稳定，呈抛物线变化［2，3］。玉米生育期间的干物质积累、分配决定了玉米产量的高低［4］。多数研究表明，干物质积累量与玉米产量呈正相关，灌水量影响玉米的生长发育过程，进而影响其干物质的累积及产量形成［5，6］。单位面积穗数、穗粒数、千粒重为影响玉米产量的关键要素，种植密度影响单位面积穗数，进而影响单位面积产量［7，8］。在伊宁市和奇台县，玉米的种植密度大于10万株∕hm2时，产量≥15 000 kg∕hm2［1］。随种植密度增加，玉米的耗水量也明显增加［9，10］。一定种植密度下，随灌水量的增加，穗粒数、千粒重亦呈增加趋势［1］。目前，新疆天山北坡中部玉米种植中多采用高密度栽培模式，但玉米灌水量在此区域差异大，不同灌水量下玉米的干物质积累、穗部性状和产量表现尚缺乏深入分析。在高密度栽培下，探讨该区域不同灌溉定额对玉米干物质积累、穗部性状、产量的影响，为新疆玉米高密度栽培合理灌水量制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验地位于新疆乌兰乌苏气象站（44°17′N，85°49′E），海拔约468 m。乌兰乌苏镇位于金沟河、玛纳斯河、宁家河冲积扇的缘接地带，是天山北坡经济带中部城镇。2014年玉米全生育期（4—9月）平均气温为20.25℃，平均降水量为70.2 mm。试验地土壤为灌耕灰漠土，表层土壤（0～20 cm）全氮0.96 g∕kg，速效磷23.87 mg∕kg，速效钾340.95 mg∕kg，有机质含量18.73 g∕kg。

1.2 试验设计

供试玉米品种为春玉米良玉66。试验于2014年4月16日进行玉米播种，采用宽窄行覆膜种植，膜宽70 cm，膜间距50 cm，玉米株距为15 cm，玉米行距为40 cm+80 cm，1膜2管4行高密度种植，种植密度为11.2万株∕hm2。灌水量（滴灌设施）设置3个处理，分别为4 500 m3∕hm2（W1，平均灌水量的2∕3）、6 750 m3∕hm（2W2，当地平均灌水量，CK）、9 000 m3∕hm2（W3，平均灌水量的4∕3）。每个处理设置3个重复，共9个小区。小区采取完全随机区组试验设计，每小区长10 m，小区面积38.5 m2。氮肥用量为330 kg∕hm2，磷肥用量为90 kg∕hm2，钾肥用量为90 kg∕hm2，氮、磷、钾肥全部作追肥随水滴施。生育期内滴水10次，各生育期田间管理措施等同当地大田，灌水和施肥模式见表1。

表1 不同灌水量处理下的灌水、施肥模式

1.3 干物质量测定

分别于玉米出苗后60 d（拔节期）、70 d（抽雄吐丝期）、90 d（子粒形成期）和115 d（成熟期），从各小区中选取代表性植株3株，按叶片、茎、雄穗、雌穗4部分分离样品，在105℃烘箱中杀青30 min，75℃条件下烘干至恒重，冷却后称取质量，计算玉米各生育期地上部分干物质积累量。

1.4 玉米产量及穗部性状因子测定

生理成熟期，每个处理去除边行各2行以及两端，每小区选取2 m宽，计算株数和穗数，得出实收株数、穗数；在收获后，每小区选取代表性穗子20穗，装入尼龙种子袋中，写好标签，标签内容包括采集人姓名、作物名称、品种、收获日期，然后带回室内风干。果穗风干后，进行玉米考种。先测定穗长、穗粗、穗行数、行粒数、秃尖长度、穗重，然后把所测穗脱粒、称穗粒重。每个试验处理另取20穗代表性果穗，称总鲜重后立刻脱粒，随机数100粒，重复3次，取其较为接近的2次平均，换算成千粒重。用PM-8188型谷物水分测定仪测定子粒含水量（重复4次）。另外计算以下指标：

出子率=穗粒重∕穗重；

单穗产量=鲜穗重×出子率×［1-含水率］÷（1-14%）；

理论产量=单位面积穗数×穗粒数×粒重。

1.5 数据处理

试验数据经Excel 2013处理后用GraphPad Prism 7.0进行图表制作，用SPSS 22.0软件进行回归分析，单穗产量与穗部性状指标多元回归分析采取逐步回归筛选变量，应用F检验进行模型显著性检验，T检验进行参数显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同灌水量处理玉米地上部干物质积累与分配

2.1.1 不同灌水量处理玉米地上部干物质积累动态 从玉米不同生长时期植株干物质积累动态来看（图1），出苗后90 d前各阶段的地上干物质积累总量、营养器官干物质积累量在不同灌水量处理之间均无显著差异（P＞0.05）；出苗后115 d不同灌水量处理显著影响了玉米地上部干物质积累总量和繁殖器官干物质积累量（P＜0.05），多重比较分析表明，W3处理显著高于W1（P＜0.05），而W2处理与其他2个处理之间均无显著差异（P＞0.05）。关于营养器官，出苗后115 d营养器官干物质积累量在不同灌水量处理之间无显著差异（P＞0.05）。这表明相比对照，灌水量增加或降低对子粒形成期（出苗后90 d）前的干物质积累量影响不明显，但显著影响了玉米子粒形成期后的繁殖器官干物质积累量。

图1 不同灌水量下玉米不同生育阶段地上部干物质量动态变化

W1、W2、W3处理下玉米地上部干物质积累总量日增量出苗后60～70 d分别为6.9、6.3、7.3 g∕株，70～90 d分别为0.9、2.0、0.3 g∕株；90～115 d分别为1.6、1.9、4.0 g∕株；玉米营养器官干物质日增量出苗后60～70 d分别为6.5、5.6、6.7 g∕株；70～90 d分别为-1.4、-0.9、-2.0 g∕株；90～115 d分别为-0.7、-0.6、0.0 g∕株；玉米繁殖器官干物质日增量出苗后60～70 d分别为0.7、1.0、1.2 g∕株；70～90 d分别为4.7、5.8、4.4 g∕株；90～115 d分别为2.3、2.5、4.0 g∕株。这表明不同灌水量处理对玉米地上部干物质积累量的总体趋势并没有明显改变，干物质积累总量和繁殖器官干物质积累量随着生育进程发展呈递增趋势，营养器官干物质积累量抽雄吐丝期为分水岭，在该时期之前增加、之后下降。灌水量加大，明显提高了玉米子粒形成期至成熟期的繁殖器官干物质日积累量。

2.1.2 不同灌水量处理地上部干物质分配比例 由不同灌水量处理下玉米开花前后干物质量占干物质总量的比例可知（图2），与W1相比，W2和W3处理在玉米开花期至成熟期，干物质积累量均显著提高（P＜0.05），分别平均提升9.0%和10.3%，但W2与W3之间并无显著差异（P＞0.05）。

图2 不同灌水量下玉米开花前后地上部干物质量占整个干物质量的比例

2.2 不同灌水量处理玉米产量及构成因子、穗部性状的比较

2.2.1 不同灌水量处理下玉米产量及构成因子的比较 由表2可知，不同灌水量处理对玉米单穗产量、穗粒数、千粒重影响显著（P＜0.05）。多重比较表明，W1与W2和W3之间单穗产量、穗粒数、千粒重的差异均达显著水平（P＜0.05），而这3个指标在W2和W3之间均无显著差异（P＞0.05）。与W1相比，W2和W3处理的玉米单穗产量分别增加42.2%和49.9%，穗粒数分别增加26.9%和31.0%，千粒重分别增加12.3%和14.9%。

表2 不同灌水量处理对玉米产量及其构成因子的影响

2.2.2 不同灌水量处理下玉米穗部性状的比较 由表3可知，不同灌水量处理除对玉米穗行数影响不显著外（P＞0.05），对单穗穗长、穗粗、秃尖长度、行粒数、穗重和穗粒重均影响显著（P＜0.05）。多重比较结果表明，W2和W3之间除秃尖长度差异显著外（P＜0.05），其他指标2个处理间均无显著差异（P＞0.05）。与W1相比，W2和W3处理均显著提高了穗长（15.8%和17.1%）、行粒数（26.8%和26.0%）、穗重（43.5%和56.9%）、穗粒重（42.3%和54.5%），均显著降低了秃尖长度（30.0%和55.0%）。

表3 不同灌水量处理对玉米穗部性状的影响

2.3 不同灌水量下玉米单穗产量与穗部性状的相关及回归分析

2.3.1 不同灌水量下玉米单穗产量与穗部性状的相关分析 对玉米穗部性状指标与单穗产量进行相关性分析，结果（表4）表明，3种灌水量处理下，玉米穗长、穗行数、行粒数、穗粒数、穗重、穗粒重与单穗产量均为正相关，秃尖长度与单穗产量为负相关，穗粗和千粒重在W1处理下与单穗产量表现为负相关，而在W2和W3处理下表现为正相关。不同灌水量水平下，玉米穗长、行粒数、穗粒数、穗重、穗粒重与单穗产量的相关性均达到极显著水平（P＜0.01），其中穗粒数与单穗产量的相关系数最高。

表4 不同灌水量下玉米单穗产量与各穗部性状的相关系数

2.3.2 不同灌水量下玉米单穗产量与穗部性状的回归分析 不同灌水量水平下，玉米穗部单一性状指标与单穗产量线性回归方程中常数项都不显著（表5），无截距的回归方程都能很好反映二者之间的关系。3种灌水量下，单穗产量与穗粒数的决定系数R2最高，与秃尖长度的决定系数R2最低。玉米单穗产量与穗部性状的多元逐步回归分析表明，除穗粒数和千粒重2个指标保留外，其他指标皆被剔除，多元回归方程中穗粒数和千粒重系数均为正，常数项均为负。这表明，3种灌水量水平下，玉米单穗产量主要受穗粒数和千粒重的制约。

表5 不同灌水量下玉米单穗产量与各穗部性状的回归分析

3 讨论

玉米栽培实现高产与灌水量密切相关，适当增加灌水量有利于玉米干物质积累［6］。干物质积累是玉米子粒产量形成的物质基础，干物质积累量增加并将其更多地分配到子粒中是玉米高产的途径［11］。本试验结果发现，灌水定额降低（W1）或增加（W3）均未对生育期营养器官干物质积累有显著影响，较高的灌水量更有利于生育后期干物质总量及繁殖器官干物质量的积累。有研究表明，生育后期光合生产干物质量对子粒的贡献率为80%左右［12］，花后干物质转移对子粒增产的贡献较大，是子粒增产的主要来源［13］。本研究中，相比W1处理，灌水量增加提高了花后干物质的分配比例，但过高的灌水量对此并未有显著的影响。

有关研究表明，在3 000～6 000 m3∕hm2灌水量范围内，玉米产量与灌水量呈正相关关系，但超过6 000 m3∕hm2灌溉定额后，灌水量对产量的增加无显著提高［14］。本研究中，灌水量在4 500～6 750 m3∕hm2时，玉米产量与灌水量呈显著的正相关关系，但9 000 m3∕hm2灌水量水平与6 750 m3∕hm2相比未有显著提升，说明过量灌溉现象存在于当地农户玉米大田灌溉中，水资源利用不合理。灌水量与产量的关系与一定的产量目标亦有关系，关于新疆奇台地区≥15 000 kg∕hm2产量目标下，滴灌水量减少10%对其产量没有显著影响，但继续减少20%以上则产量显著降低［15］。本研究中，灌水量为6 750 m3∕hm2，产量可以保证≥15 000 kg∕hm2，灌水量提高对产量提升无显著影响，灌水量降低1∕3则显著降低产量。

玉米产量主要是由玉米穗部性状的诸多因子决定的［16］。其中，秃尖长度与产量多呈负相关，其他穗部性状指标多呈正相关［17，18］。本试验相关分析结果与此基本一致。在一定灌水定额范围内，灌水量降低，穗粒数和千粒重也随之降低［1］。灌水量大小影响土壤水分分布，进而影响玉米的生长，玉米的穗长、穗粗随着灌水量的降低而降低［19］，秃尖长度随灌水量的降低而增大［17］。本研究亦证明，一定灌水量范围内，灌水量显著影响穗部性状指标，进而影响玉米产量。多元回归分析表明，在单位面积穗数不变的情况下，穗粒数和千粒重对玉米产量的贡献最大，可达99%以上。吴婕［17］的研究得出，玉米产量的97.5%是由穗粗、秃尖长度、穗粒数决定；吕莹莹等［20］的研究得出，穗长和出子率是影响玉米产量的关键性状；陈灿等［21］的研究得出，不同的产量水平下，穗部性状指标与产量的相关性不同。可见，玉米产量构成因子由哪些穗部性状指标组成尚存在不一致性。

4 小结

在该试验区平均灌水量6 750 m3∕hm2可以保证玉米高产（产量≥15 000 kg∕hm2），降低1∕3灌水量使玉米产量显著降低，增加1∕3灌水量对产量影响不明显，造成水资源浪费，此研究可作为该区域玉米高密度栽培合理灌水量制定的依据。